DE60223118T2

DE60223118T2 - Piezoelektrisches Dünnschichtbauelement und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60223118T2
Application number: DE60223118T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Osaka-shi Kita; Hirokazu Uchiyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: CN1405905A; EP1291931A2; DE60223118D1; US7042136B2; CN1245768C; US20050099100A1; US20030048041A1; EP1291931B1; EP1291931A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Element und sein Herstellungsverfahren und genauer gesagt auf ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element, das verwendet wird in einem Stellglied oder ähnlichem, für eine exakte Positionssteuerung einer Submikron-Ebene, und seines Herstellungsverfahrens.
Stand der Technik
23C ist eine Schnittansicht eines gewöhnlichen piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 90. Bei diesem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 90 sind beide Hauptoberflächen eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 92 mit Elektroden-Metallschichten 94 und 96 beschichtet. Wenn zwischen die Elektroden-Metallschichten 94 und 96 eine Spannung angelegt wird, dehnt sich die piezoelektrische Dünnschicht 92 aus und zieht sich zusammen in der auf gleicher Ebene befindlichen Richtung. Das piezoelektrische Dünnschicht-Element 90 kann verwendet werden als ein Stellglied zum Steuern der Position, durch die Nutzung der Veränderung durch eine solche ausdehnende und zusammenziehende Bewegung.
Ein gewöhnliches Herstellungsverfahren eines solchen piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 90 wird beschrieben. Zuerst, wie in 23A gezeigt, werden ein piezoelektrischer Dünnschicht-Element 92 und eine Elektrodenmetallschicht 94 in dieser Reihenfolge auf einer Elektrodenmetallschicht 96 gebildet. Dann, wie in 23B gezeigt, wird ein Verfahren des Trockenätzens ausgeführt, durch das Bilden einer Maske 98 auf der Elektrodenmetallschicht 94. Infolgedessen werden die Elektrodenmetallschichten 94 und 96 und die piezoelektrische Dünnschicht 92 in einem Bereich durch Ätzen entfernt, der nicht mit der Maske (gekennzeichnet durch einen Pfeil in 23B) bedeckt ist, und ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element 90 in einer gewünschten Form, wie in 23C gezeigt, wird hergestellt.
Wenn das piezoelektrische Dünnschicht-Element 90 durch Trockenätzung hergestellt wird, wie in 23C gezeigt, wird eine dünne Schicht einer Seitenwand-Ablagerung 88 auf der Seite des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 90 gebildet. Komponenten dieser Seitenwandablagerung 88 schießen Komponenten einer piezoelektrischen Dünnschicht, chemische Polymerisationsprodukte von Ätzgas und Komponenten einer Elektroden-Metallschicht ein.
Wenn die Ätztiefe größer wird, werden bei dem Trockenätz-Verfahren massiv Ätz-Nebenprodukte erzeugt und es werden mehr Seitenwandablagerungen 88 auf der Seite des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 90 gebildet. Wenn das piezoelektrische Dünnschicht-Element 92 dick ist oder wenn das piezoelektrische Dünnschicht-Element 90 aus mehreren Schichten von piezoelektrischen Dünnschichten 92 zusammengesetzt ist, welche dünn sind, muss folglich die Ätztiefe weiter erhöht werden und die Menge an Seitenwandablagerungen 88, die auf der Seite des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 90 gebildet werden, nimmt zu. Da eine leitende Substanz in den Seitenwandablagerungen 88 enthalten ist, wenn Seitenwandablagerungen 88 auf der Seitenwand des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 90 anhaften, nimmt die Isolierung zwischen den Elektrodenmetallschichten 94 und 96 ab und die Elektrodenmetallschichten 94 und 96 werden kurzgeschlossen und ein elektrisches Feld wird nicht auf die piezoelektrische Dünnschicht 92 angewendet, und auf diese Weise versagt das piezoelektrische Dünnschicht-Element 90 in seiner Funktion. Folglich kann der Herstellungsertrag bei dem Herstellungsverfahren nicht zufrieden stellend erhöht werden. Zudem verursacht die Mehrschichten-Laminierung der piezoelektrischen Dünnschichten, die Verschiebung eines Stellgliedes zu verstärken, und obgleich es abhängig von dem Verwendungszweck unerlässlich ist, war es schwierig das piezoelektrische Element herzustellen, zusammengesetzt aus mehreren Schich ten aus piezoelektrischen Elementen, mit einer großen Betriebssicherheit und einem hohen Ertrag.
JP 2000150825 A offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator, welcher konstruiert ist, um die Verringerung der Menge an remanenter Polarisation zu reduzieren, durch das wirkungsvolle Unterdrücken des Schadens an der Schnittstelle zwischen einer ferroelektrischen Schicht und einer unteren Elektrode. Der ferroelektrische Kondensator wird ausgeführt durch das Bilden einer laminierten Schicht, die zusammengesetzt ist aus einer unteren Pt Elektrode und einer oberen Pt Elektrode auf einem Siliziumsubstrat, welches in einem Raster mit einer Isolierschicht beschichtet ist.
WO 01/261 67 A1 bezieht sich auf eine piezoelektrische Vorrichtung, welche ein Paar von einander gegenüberliegenden dünnen Platten einschließt, einen bewegbaren Abschnitt und einen feststehenden Abschnitt, welcher die Abschnitte der dünnen Platten hält. Der bewegbare Abschnitt und das piezoelektrische Element sind zumindest an einem der Abschnitte der dünnen Platten befestigt. Ferner gibt es eine Öffnung, die durch beide Innenwände der dünnen Platten definiert ist, eine Innenwand des bewegbaren Abschnitts und eine Innenwand des feststehenden Abschnitts. Die dünnen Platten sind aus Metall gebildet.
EP 1 067 609 A1 offenbart eine piezoelektrische Dünnschicht-Vorrichtung, welche ein Substrat einschließt, eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Dünnschicht und eine obere Elektrode. Eine vertikale Querschnittsform oder eine vertikale Längsschnittform der piezoelektrischen Dünnschicht in Bezug auf das Substrat ist vierseitig und weist obere und untere Seiten auf, die einander gegenüberliegen. Die oberen und unteren Seiten sind im Wesentlichen parallel zueinander eingerichtet. Die obere Seite ist in einer Querschnittansicht breiter als die untere Seite.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf das Lösen solcher Probleme, und es ist folglich eine Aufgabe von dieser, ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element vorzustel len, das in der Lage ist, eine Verringerung der Isolierung zwischen Elektrodenmetallschichten zu reduzieren und Verluststrom zu verringern, sowie sein Herstellungsverfahren.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element der Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, umfasst zumindest eine erste Einheit eines laminierten Körpers, zusammengesetzt aus einer piezoelektrischen Dünnschicht, die eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, eine erste Elektroden-Metallschicht auf der ersten Oberfläche und eine zweite Elektroden-Schicht auf der zweiten Oberfläche. Das piezoelektrische Dünnschicht-Element mit der Einheit eines laminierten Körpers weist eine Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche zwischen der ersten Elektroden-Metallschicht und der zweiten Elektroden-Metallschicht auf.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element in einem Aspekt einer solchen Konfiguration weist die Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche auf, das heißt, vertikal zu der Ätzrichtung bei dem Herstellungsverfahren. Folglich sind bei dem Trockenätzverfahren bei dem Herstellungsverfahren leitende Seitenwand-Ablagerungen, die an der Wand parallel zu der Ätzrichtung anhaften, elektrisch isoliert von der Elektroden-Trennoberfläche. Infolgedessen kann ein Kurzschluss der ersten Elektroden-Metallschicht und der zweiten Elektroden-Metallschicht durch die Seitenwand-Ablagerungen verhindert werden, und die Isolierung zwischen der ersten Elektroden-Metallschicht und der zweiten Elektroden-Metallschicht kann verbessert werden. Folglich ist gemäß dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element in diesem Aspekt der Verluststrom extrem gering, und die Zuverlässigkeit ist verbessert.
Hierin sollte die Breite der Elektroden-Trennoberfläche zumindest größer sein als die Dicke der Seitenwandablagerungen, die bei dem Trockenätzverfahren auf der Seitenwand anhaften, ist aber vorzugsweise – in Anbetracht der Positionsgenauigkeit (Ausrichtungsgenauigkeit) bei dem Bilden einer in dem Trockenätzverfahren zu verwendenden Maske – in einem Wert eingerichtet, der größer ist als die Summe der Dicken der Seitenwandablagerungen und der Positionstoleranz bei dem Bilden der Maske.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element gemäß einem Aspekt, ist die Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche eingerichtet, aber in dieser Beschreibung meint dieses jedoch nicht eine geometrisch genau parallele Oberfläche, sondern meint eine Oberfläche, die das Anhaften von Seitenwandablagerungen bei dem Trockenätzverfahren nicht gestattet.
Trockenätzen in der Beschreibung schließt Reaktives Ionenätzen (RIE) zum Ätzen ein, durch das Anwenden einer hohen Frequenzspannung auf das Ätzgas, das zusammengesetzt ist aus beispielsweise einem Edelgas so wie AR oder einem Reaktionsgas einschließlich Atomen von O, F oder Cl, und Ionenstrahl-Ätzen zum Ätzen, durch das Ausgeben eines Ionenstrahls auf den Versuchskörper, durch die Nutzung von Ionen des Ätzgases in einem Strahl.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element gemäß einem weiteren Aspekt, kann die Elektroden-Trennoberfläche an der Seitenfläche des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements angeordnet sein, oder die Elektroden-Trennoberfläche kann zusammengesetzt sein aus einem äußeren Umfangsabschnitt der zweiten Oberfläche, die außerhalb der zweiten Elektroden-Metallschicht positioniert ist.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element, das unter der Elektroden-Trennoberfläche positioniert ist, trägt nicht zur Ausdehnung oder zum Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements bei, sondern kann eher die ausdehnende oder zusammenziehende Aktion der piezoelektrischen Dünnschicht aufhalten, und es wird bevorzugt, die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht zu reduzieren, die unter der Elektroden-Trennoberfläche positioniert ist. Folglich kann durch das Anordnen der Elektroden-Trennoberfläche an der Seitenfläche der piezoelektrischen Dünnschicht, die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht, die neben dieser Elektroden-Trennoberfläche positioniert ist, reduziert werden, und folglich wird bevorzugt, dass die Elektroden-Trennoberfläche an der Seitenoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht angeordnet ist.
Die Breite der Elektroden-Trennoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht ist vorzugsweise 0,1 μm oder mehr, um sicherer zwischen der ersten Elektroden-Metallschicht und der zweiten Elektroden-Metallschicht zu isolieren, und überdies ist es vorzugsweise 1 μm oder mehr, um noch sicherer zwischen der ersten Elektroden-Metallschicht und der zweiten Elektroden-Metallschicht zu isolieren.
In Anbetracht der Verfahrensgenauigkeit bei dem Herstellungsverfahren, beträgt der festgesetzte Wert der Breite der Elektroden-Trennoberfläche vorzugsweise 3 μm oder mehr, und noch besser etwa 5 μm.
Da der Umfangsbereich der piezoelektrischen Dünnschicht (der Bereich unmittelbar neben der Elektroden-Trennoberfläche) ein Abschnitt ist, der nicht als der piezoelektrische dient, wird folglich nicht bevorzugt, die Breite der Elektroden-Trennoberfläche mehr als nötig zu vergrößern.
Von einem solchen Gesichtspunkt ist die obere Grenze der Breite des Umfangsbereichs der piezoelektrischen Dünnschicht vorzugsweise 10% oder weniger einer Quadratwurzel von S, wobei S der Bereich ist, der mit der Elektroden-Metallschicht an beiden Seiten außerhalb des Bereichs der piezoelektrischen Dünnschicht in Kontakt tritt. In diesem ganzen Bereich der Elektroden-Trennoberfläche, wenn die Breite der Elektroden-Trennoberfläche 10% überschreitet, nimmt der Bereich des tatsächlich wirkenden Abschnitts außerhalb des Dünnschicht-Elements annähernd um die Hälfte ab, und auch die Leistung, da das Stellglied abgeschwächt wird.
Die Erfindung ist insbesondere wirksam bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element, das zusammengesetzt ist durch das Laminieren von zwei piezoelektrischen Dünnschichten. Das heißt, das piezoelektrische Dünnschicht-Element gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine erste Einheit eines laminierten Körpers und eine zweite Einheit eines laminierten Körpers. Die erste Einheit eines laminierten Körpers ist zusammengesetzt aus einer ersten piezoelektrischen Dünnschicht, die eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die einander gegenüber liegen, eine erste Elektrodenmetallschicht auf der ersten Oberfläche und eine zweite Elektrodenmetallschicht auf der zweiten Oberfläche. Die zweite Einheit eines laminierten Körpers ist zusammengesetzt aus einer zweiten piezoelektrischen Dünnschicht, die eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche aufweist, die einander gegenüber liegen, eine dritte Elektrodenmetall schicht auf der dritten Oberfläche und eine vierte Elektrodenmetallschicht auf der vierten Oberfläche. Die erste Einheit eines laminierten Körpers und die zweite Einheit eines laminierten Körpers sind miteinander verbunden, wobei die zweite Elektrodenmetallschicht und die dritte Elektrodenmetallschicht einander gegenüberliegen.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element mit der ersten Einheit eines laminierten Körpers weist eine erste Elektrodentrennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche auf, die angeordnet ist zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht, wobei die Einheit eines laminierten Körpers eine zweite Elektrodentrennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche aufweist, die zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht und der vierten Elektrodenmetallschicht angeordnet ist.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element von diesem Aspekt können Seitenwand-Ablagerungen, die an den Seitenwänden der ersten piezoelektrischen Dünnschicht anhaften, von der Elektroden-Trennoberfläche elektrisch abgeteilt werden, und Seitenwand-Ablagerungen, die auf der Seitenwand der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht anhaften, können von der Elektroden-Trennoberfläche elektrisch abgeteilt werden. Folglich kann die Isolierung zwischen den Elektrodenmetallschichten verbessert werden.
Demnach kann der Verluststrom zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht und der Verluststrom zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht und der vierten Elektrodenmetallschicht verringert werden, so dass die Betriebssicherheit des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements mit einer Mehrschichtenstruktur erhöht werden kann.
Auch ist bei einem solchen piezoelektrischen Dünnschicht-Element der Mehrschichtenstruktur – aufgrund derselben Gründe wie vorstehend beschrieben – die Dicke der ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnschichten in dem Umfangsbereich vorzugsweise gering.
Die Breite der Elektroden-Trennoberfläche beträgt vorzugsweise 0,1 μm oder mehr.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die zweite Elektrodenmetallschicht und die dritte Elektrodenmetallschicht durch eine isolierende Klebeschicht miteinander verbunden, und in diesem Fall kann beispielsweise die zweite Elektrodenmetallschicht und die dritte Elektrodenmetallschicht durch ein Durchgangsloch verbunden sein, das in der Klebeschicht gebildet ist.
In diesem Fall ist das Durchgangsloch in einer Aussparung gebildet, die vorgesehen ist durch das Entfernen der vierten Elektrodenmetallschicht und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht, um zu der dritten Elektrodenmetallschicht zu reichen, und diese Aussparung weist vorzugsweise eine Elektrodentrennoberfläche auf, parallel zu der dritten Oberfläche an der inneren Umfangsseite der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht. Infolgedessen können Seitenwandablagerungen, die an dem inneren Umfang der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht anhaften, elektrisch isoliert sein.
Ferner kann bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element gemäß einem Aspekt der Erfindung das Durchgangsloch auch gebildet sein in einer Kerbe, die durch das Entfernen der vierten Elektrodenmetallschicht und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht bereitgestellt wird, um zu der dritten Elektrodenmetallschicht zu reichen, und in diesem Falle weist diese Aussparung vorzugsweise eine Elektrodentrennoberfläche auf, parallel zu der dritten Oberfläche an der Seitenfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht. Infolgedessen können Seitenwandablagerungen, die an der inneren Oberfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht an der Kerbe anhaften, elektrisch isoliert sein.
Das Stellglied der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar piezoelektrischer Elemente, die sich ausdehnen und zusammenziehen in einander parallelen Richtungen, bei dem jedes piezoelektrische Element eine erste Einheit eines laminierten Körpers und eine zweite Einheit eines laminierten Körpers aufweist. Der erste laminierte Körper ist zusammengesetzt aus einer ersten piezoelektrischen Dünn schicht, welche eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen, eine erste Elektroden-Metallschicht und eine zweite Elektroden-Metallschicht auf der zweiten Oberfläche. Die zweite Einheit eines laminierten Körpers ist zusammengesetzt aus einer zweiten piezoelektrischen Dünnschicht, welche eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche aufweist, eine dritte Elektroden-Metallschicht auf der dritten Oberfläche und eine vierte Elektrodenschicht auf der vierten Oberfläche. Die erste Einheit eines laminierten Körpers und die zweite Einheit eines laminierten Körpers sind miteinander verbunden, wobei die zweite Elektroden-Metallschicht und die dritte Elektroden-Metallschicht einander gegenüberliegen.
Das Stellglied mit der ersten Einheit eines laminierten Körpers weist eine erste Elektrodentrennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche auf, welche zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht eingerichtet ist, wobei die zweite Einheit eines laminierten Körpers eine zweite Elektrodentrennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche aufweist, die zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht und der vierten Elektrodenmetallschicht eingerichtet ist.
Bei dem Stellglied, das eine solche Konfiguration aufweist, ist der Stromverlust geringer und die Betriebssicherheit ist höher.
Bei dem Stellglied gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die zweite Elektrodenmetallschicht und die dritte Elektrodenmetallschicht des piezoelektrischen Elements verbunden sein durch eine isolierende Klebeschicht, und die zweite Elektrodenmetallschicht und die dritte Elektrodenmetallschicht kann verbunden sein durch ein Durchgangsloch, das in der Klebschicht gebildet ist.
Bei dem Stellglied gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Durchgangsloch in einer Aussparung gebildet, die durch das Entfernen der vierten Elektrodenmetallschicht und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht gebildet ist, um bis zur dritten Elektrodenmetallschicht zu reichen, und in diesem Fall wird bevorzugt, dass diese Aussparung eine Elektrodentrennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche an der inneren Umfangsseite der zweiten piezoelektrischen Dünn schicht aufweist, um von Seitenwandablagerungen, die auf der inneren Umfangsseite anhaften, elektrisch abzutrennen.
Ferner kann bei dem Stellglied gemäß einem Aspekt der Erfindung das Durchgangsloch auch in einer Kerbe gebildet sein, die ausgebildet ist durch das Entfernen der vierten Elektrodenmetallschicht und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht, um zu der dritten Elektrodenmetallschicht zu reichen, und in diesem Fall weist diese Aussparung vorzugsweise eine Elektrodentrennoberfläche auf, parallel zu der dritten Oberfläche an der Seitenfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht, um elektrisch von Seitenwandablagerungen zu trennen, die an der Seitenfläche abgelagert sind.
Außerdem kann das Stellglied gemäß einem Aspekt der Erfindung konstruiert sein, um eine gegenseitige Verbindung herzustellen, zwischen einer Elektrodenmetallschicht, um die zweite Elektrodenmetallschicht und die dritte Elektrodenmetallschicht zu verbinden, die in dem Durchgangsloch in einem des Paares der piezoelektrischen Elemente gebildet ist, und einer Elektrodenmetallschicht zum Verbinden der zweiten Elektrodenmetallschicht und der dritten Elektrodenmetallschicht, die in dem Durchgangsloch in dem anderen piezoelektrischen Element gebildet ist.
Infolgedessen kann das Paar piezoelektrischer Elemente synchron gesteuert werden.
Ein erstes Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements ist ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements, durch das Verarbeiten eines laminierten Körpers, durch das Laminieren einer unteren Elektrodenmetallschicht, einer piezoelektrischen Dünnschicht und einer oberen Elektrodenmetallschicht in einer bestimmten Form durch Trockenätzen.
Das erste Herstellungsverfahren umfasst Folgendes:
einen ersten Schritt des Bildens einer ersten Maske einer bestimmten Form auf der oberen Elektroden-Metallschicht, und des Trockenätzens, bis die Seite der piezoelektrischen Dünnschicht zu der Außenseite der ersten Maske hin frei liegt, und das Entfernen der ersten Maske,
einen zweiten Schritt des Bildens einer zweiten Maske, um die obere Elektrodenmetallschicht zu bedecken, die in der vorstehend genannten bestimmten Form gebildet wurde, durch das Ausdehnen zu einem Abschnitt der piezoelektrischen Dünnschicht um die obere Elektrodenmetallschicht, und des Entfernens der piezoelektrischen Dünnschicht und der unteren Elektrodenschicht, die außerhalb der zweiten Maske positioniert ist, durch Trockenätzen.
Bei diesem ersten Herstellungsverfahren, das sich in dieser Art und Weise darstellt, ist die zweite Maske so gebildet, um die Seitenwandablagerungen, die auf der Seitenwand der piezoelektrischen Dünnschicht haften, in dem ersten Ätzschritt zu bedecken, durch das Bilden der zweiten Maske, um die obere Elektrodenmetallschicht und einen Teil der piezoelektrischen Dünnschicht um die obere Elektrodenmetallschicht zu bedecken. Folglich können die Seitenwandablagerungen, die auf der Seitenwand in dem ersten Ätzschritt anhaften, und die Seitenwandablagerungen, die auf der Seitenwand in dem zweiten Ätzschritt anhaften, elektrisch isoliert werden.
Gemäß dem ersten Herstellungsverfahren kann ein Kurzschluss zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht verhindert werden, und die Isolierung zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht kann verbessert werden, so dass das piezoelektrische Dünnschicht-Element mit einem hohen Ertrag hergestellt werden kann.
Bei dem ersten Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements sollte vorzugsweise in dem ersten Ätzschritt die piezoelektrische Dünnschicht bis zur Mitte in der Richtung der Dicke durch Ätzen entfernt werden.
Das Herstellungsverfahren weist eine Wirkung des bemerkenswerten Reduzierens von Verluststrom auf, bei der Herstellung eines Elements, das eine Mehrzahl von piezoelektrischen Dünnschichten aufweist.
Ein zweites Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements ist ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements durch das Verarbeiten eines laminierten Körpers, der zusammengesetzt ist aus zwei Einheiten laminierter Körper, wobei jeder von ihnen eine erste Elektrodenmetallschicht, eine piezoelektrische Dünnschicht und eine zweite Elektrodenmetallschicht laminiert, welche durch eine Klebschicht miteinander verbunden sind, so dass die zweite Elektrodenmetallschicht von einer Einheit eines laminierten Körpers gegenüberliegend zu der ersten Elektrodenmetallschicht der anderen Einheit eines laminierten Körpers in einer bestimmten Form durch Trockenätzen eingerichtet sein kann.
Das zweite Herstellungsverfahren umfasst einen unteren Ätzabschnitt zum Verarbeiten der ersten Elektrodenmetallschicht in einer bestimmten Form, abgesehen von einem oberen Ätzabschnitt zum Verarbeiten der zweiten Elektrodenmetallschicht in einer bestimmten Form,
bei der Verarbeitung von jeder Einheit eines laminierten Körpers, und
der untere Ätzabschnitt ist gekennzeichnet durch das Bilden einer Maske auf der zweiten Elektrodenmetallschicht und einem Abschnitt der piezoelektrischen Dünnschicht, die zu ihrem Umfang hin freigelegt ist, und das Entfernen der piezoelektrischen Dünnschicht und der ersten Elektrodenmetallschicht, die außerhalb der Maske positioniert ist.
Gemäß dem zweiten Herstellungsverfahren, welches mehrere piezoelektrische Dünnschichten aufweist – da sich die Gesamtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht erhöht, wenn die vermehrten Seitenwandablagerungen in dem Ätzverfahren angehaftet sein können – können die Seitenwandablagerungen zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht elektrisch isoliert sein. Infolgedessen können Kurzschlüsse zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht verhindert werden, und die Isolierung der ersten Elektrodenmetallschicht und der zweiten Elektrodenmetallschicht kann verbessert werden, so dass das piezoelektrische Dünnschicht-Element hergestellt werden kann mit einer hohen Ausbeute.
Bei dem zweiten Herstellungsverfahren kann der untere Ätzabschnitt zum Verarbeiten der ersten Elektrodenmetallschicht der anderen Einheit eines laminierten Körpers und der obere Ätzabschnitt zum Verarbeiten der zweiten Elektrodenmetallschicht der einen Einheit eines laminierten Körpers ein kontinuierlicher Ätzprozess durch dieselbe Maske sein.
Bei den ersten und zweiten Herstellungsverfahren wird die piezoelektrische Dünnschicht abgelagert durch ein Sputterverfahren, so wie ein Magnetron-Sputterprozess, CVD, ein Sol-Gel-Prozess oder ein Bedampfungsverfahren des piezoelektrischen Dünnschichtmaterials durch Erhitzen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen:
1A und 1B Schnittansichten eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements, gezeigt zu Illustrationszwecken, als ein nicht-begrenzendes Beispiel.
2A bis 2D Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements zeigen, wie in den 1A und 1B gezeigt.
3 eine Ansicht eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 eine Schnittansicht, gesehen entlang der Linie 4A-4A' des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in 3.
5 ein Diagram, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Dünnschicht-Element in der ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt.
6 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
7 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
8 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
9 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
10 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
11 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
12 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
13 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
14 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
15 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
16 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
17 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
18 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
19 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
20 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
21 eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in der ersten Ausführungsform zeigt.
22 ein Diagramm, das einen Kopf-Haltemechanismus in der ersten Ausführungsform zeigt, welcher das piezoelektrische Dünnschicht-Element verwendet.
23A bis 23C Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren eines gewöhnlichen piezoelektrischen Dünnschicht-Elements zeigen.
24 eine Aufsicht, die ein Stellglied A1 in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
25 eine Schnittansicht der Linie X-X des Stellgliedes A1 in 24.
26 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum Bilden eines laminierten Körpers auf einem Substrat bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform zeigt.
27 eine Ansicht eines Verfahrens zum Bilden einer Maske auf einem Substrat bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
28A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts oberhalb eines zweiten Stufenabschnitts 144c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
28B eine Schnittansicht B zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts oberhalb eines zweiten Stufenabschnitts 144c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
29A eine Ansicht, die einen Zustand von Abschälmasken M10, M20 zeigt, nach dem Bilden eines Abschnitts oberhalb eines zweiten Stufenabschnitts 144c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
29B eine Schnittansicht, die einen Zustand von Abschälmasken M10, M20 zeigt, nach dem Bilden eines Abschnitts oberhalb eines zweiten Stufenabschnitts 144c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
30A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts oberhalb eines ersten Stufenabschnitts 138c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
30B eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts oberhalb eines ersten Stufenabschnitts 138c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
31A eine Ansicht eines vollendeten Zustandes der Verarbeitung der ersten piezoelektrischen Dünnschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
31B eine Schnittansicht eines vollendeten Zustandes der Verarbeitung der ersten piezoelektrischen Dünnschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
32A eine Ansicht eines vollendeten Zustandes der Verarbeitung der ersten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
32B eine Schnittansicht eines vollendeten Zustandes der Verarbeitung der ersten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
33A eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bilden eines Durchgangsloches TH23 zeigt, welches eine Klebschicht 150 durchdringt, bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
33B eine Querschnittsansicht, die ein Verfahren zum Bilden eines Durchgangsloches TH23 zeigt, welches eine Klebschicht 150 durchdringt, bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform.
34A eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bilden einer Isolierschicht 160 zum Bedecken eines gesamten Elements bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform zeigt.
34B eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum Bilden einer Isolierschicht 160 zum Bedecken eines gesamten Elements bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform zeigt.
35A eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bilden einer Steuerungselektrode 170 und einer gemeinsamen Elektrode 180 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform zeigt.
35B eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum Bilden einer Steuerungselektrode 170 und einer gemeinsamen Elektrode 180 bei einem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform zeigt.
36 eine Grafik, die das Verhältnis zwischen Spannung und Stromverlust des Stellglieds in der zweiten Ausführungsform zeigt.
37 eine Schnittansicht (1), die ein Verfahren des Übertragens eines Stellglied-Elements der zweiten Ausführungsform auf einem provisorischen Befestigungssubstrat zeigt.
38 eine Schnittansicht (2), die ein Verfahren des Übertragens eines Stellglied-Elements der zweiten Ausführungsform auf einem provisorischen Befestigungssubstrat zeigt.
39 ein schematisches Diagramm, das einen Umriss der Konfiguration einer Magnetplattenvorrichtung zeigt.
40 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Kopf-Haltemechanismus der Magnetplattenvorrichtung zeigt.
41 eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Konfiguration eines Kopf-Haltemechanismus der Magnetplattenvorrichtung zeigt.
42A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts über einer dritten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren des Stellgliedes in einer dritten Ausführungsform.
42B eine Schnittansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts über einer dritten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren des Stellgliedes in einer dritten Ausführungsform.
43A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts über einem ersten Stufenabschnitt 138c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren in einer dritten Ausführungsform.
43B eine Schnittansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts über einem ersten Stufenabschnitt 138c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren in einer dritten Ausführungsform.
44A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts über einer ersten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren in einer dritten Ausführungsform.
44B eine Schnittansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden eines Abschnitts über einer ersten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren in einer dritten Ausführungsform.
45A eine Ansicht eines vollendeten Zustandes der Verarbeitung der ersten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform.
45B eine Schnittansicht eines vollendeten Zustandes der Verarbeitung der ersten Elektrodenmetallschicht der piezoelektrischen Elemente V1, V2 bei einem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform.
46A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden einer Isolierschicht 160 zum Bedecken eines gesamten Elements bei einem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform.
46B eine Schnittansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden einer Isolierschicht 160 zum Bedecken eines gesamten Elements bei einem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform.
47A eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden einer Steuerungselektrode 170 und einer gemein samen Elektrode 180 bei einem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform.
47B eine Schnittansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Bilden einer Steuerungselektrode 170 und einer gemeinsamen Elektrode 180 bei einem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
[Ausführungsform, die beschrieben wird, um die Erfindung besser zu verstehen]
1A ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements zeigt, welche beschrieben wird, um die Erfindung besser zu verstehen. Die Kontur (Form) eines piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2 der Ausführungsform wird gebildet durch das Trockenätzen eines laminierten Körpers, der zusammengesetzt ist aus einer ersten Elektrodenmetallschicht 6, einer piezoelektrischen Dünnschicht 4, die auf der ersten Elektrodenmetallschicht 6 gebildet ist, und einer zweiten Elektrodenmetallschicht 8, die auf der piezoelektrischen Dünnschicht 4 gebildet ist. Bei einem solchen piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2, wenn eine Spannung zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 6 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 angelegt wird, dehnt sich die piezoelektrische Dünnschicht 4 in der Richtung der gleichen Ebene aus oder zieht sich zusammen, und durch die Nutzung einer solchen Bewegung wird es verwendet als ein Stellglied oder ähnliches.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 weist die piezoelektrische Dünnschicht 4 eine untere Oberfläche 4a und eine obere Oberfläche 4d auf, welche gegenüber der unteren Oberfläche 4a eingerichtet ist. Die erste Elektrodenmetallschicht 6 ist auf der ganzen Oberfläche der unteren Oberfläche 4a der piezoelektrischen Dünnschicht 4 gebildet, aber der Bereich der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 auf der oberen Oberfläche 4d ist kleiner als der Bereich der ersten Elektrodenmetallschicht 6, und die zweite Elektrodenmetallschicht 8 ist gebildet in einem zentralen Bereich 4b der oberen Oberfläche 4d, aber die zweite Elektrodenmetallschicht 8 ist nicht in einem Umfangsbereich 4c gebildet, wel cher den zentralen Bereiche 4b umgibt, und folglich ist die piezoelektrische Dünnschicht 4 freigelegt. Bei der piezoelektrischen Dünnschicht 4 ist in dem Umfangsbereich 4c eine Stufendifferenz gebildet, so dass die Dicke h1 in dem Umfangsbereich 4c kleiner sein kann als die Dicke h2 in dem zentralen Bereich 4b.
Folglich befindet sich bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 die äußere Umgebung der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 im Inneren des äußeren Umfangs der piezoelektrischen Dünnschicht 4, und der Umfangsbereich 4c legt die Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 4 frei, die zwischen dem äußeren Umfang der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 und dem äußeren Umfang der piezoelektrischen Dünnschicht 4 gebildet ist.
Wenn ein Trockenätzverfahren eingesetzt wird, um den äußeren Umfang des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2 zu bilden, sind Seitenwandablagerungen 12 in einer dünnen Schicht an der Seitenfläche des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2 gebildet. Seitenwandablagerungen 12 sind Nebenprodukte des Ätzverfahrens, welche sich bei dem Trockenätzverfahren ergeben, und sind zusammengesetzt aus Materialien einer Elektrodenmetallschicht, die durch das Ätzen entfernt wird, chemisch polymerisierte Produkte aus Ätzgas und Verbindungen aus Ätzgas und einer Elektrodenmetallschicht oder ähnlichem, und enthalten leitfähige Substanzen.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 der Ausführungsform haften bei dem Trockenätzverfahren Seitenwandablagerungen 12 auf einer Seitenfläche 7 der ersten Elektrodenmetallschicht 6, einer Seitenfläche 9 der piezoelektrischen Dünnschicht 4 und einer Seitenfläche 11 der zweiten Elektrodenmetallschicht 8, aber Seitenwandablagerungen 12 haften nicht auf dem Umfangsbereich 4c. Wie später bei dem Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2 beschrieben werden wird ist der Grund hierfür, dass der Umfangsbereich 4c der piezoelektrischen Dünnschicht 4 eine Ebene ist, die im Wesentlichen vertikal zu der vorwärts gerichteten Richtung des Trockenätzens verläuft.
Da die Seitenwandablagerungen 12 des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements durch den Umfangsbereich 4c isoliert sind, sind folglich die erste Elektrodenmetallschicht 6 und die zweite Elektrodenmetallschicht 8 nicht kurzgeschlossen durch die Seitenwandablagerungen 12, die leitfähige Substanzen enthalten. Folglich kann die Isolierung zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 6 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 verbessert werden, und die Betriebssicherheit des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements ist verbessert.
Ein Herstellungsverfahren eines solchen piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2 wird beschrieben durch Bezugnahme auf die 2A bis C.
Als erstes werden, wie in 2A gezeigt, eine piezoelektrische Dünnschicht 4 und eine zweite Elektrodenmetallschicht 8 nacheinander auf einer ersten Elektrodenmetallschicht 6 abgelagert. Das Herstellungsverfahren der piezoelektrischen Dünnschicht 4 schließt verschiedene Verfahren ein, mit Ausnahme von einem Pulver-Sinterverfahren. Zum Beispiel können ein Sputter-Verfahren, CVD, Laser-Ablation, ein Sol-Gel-Verfahren oder eine Evaporation eines piezoelektrischen Dünnschichtmaterials durch Erhitzen eingesetzt werden. Das Pulver-Sinterverfahren kann ausgeführt werden, da – in dem Fall des Pulver-Sinterverfahrens – die Verwendung einer grünen Schicht von piezoelektrischen Pulvermaterial ermöglicht, die Kontur des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements zu bilden, durch das mechanische Zerschneiden von diesem oder durch das mechanische Zerschneiden nach dem Sintern des Pulvers, und das kostspieligere Trockenätzen wird selben eingesetzt.
Als nächstes, wie in 2B gezeigt, wird eine erste Ätzmaske 14 in einer speziellen Form auf der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 gebildet. Die erste Ätzmaske 14 kann geformt werden durch beispielsweise das Ausführen der Photolithographie, welche Photolack verwendet. Durch Trockenätzen mit Ätzgas kann die zweite Elektrodenmetallschicht 8 in einem Bereich (gekennzeichnet mit einem Pfeil in 2B), der nicht mit der ersten Ätzmaske 14 bedeckt ist, durch Ätzen entfernt werden, und ferner wird ein Teil der piezoelektrischen Dünnschicht 4 durch das Ätzen entfernt, bis die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 4 h1 wird (erster Ätzschritt). Nach dem Ätzen wird die erste Ätzmaske 14 entfernt.
Durch diesen ersten Ätzschritt, wie in 2C gezeigt, ist ein zentraler Bereich 4b, der mit der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 bedeckt ist, und ein Umfangsbereich 4c, der den zentralen Bereich 4b umgibt und die piezoelektrische Dünnschicht 4 freilegt, auf der oberen Oberfläche 4d der piezoelektrischen Dünnschicht 4 gebildet. Im Umfangsbereich 4c ist eine Stufendifferenz gebildet, und die Dicke h1 der piezoelektrischen Dünnschicht 4 ist in dem Umfangsbereich 4c kleiner als die Dicke h2 der piezoelektrischen Dünnschicht 4 in dem zentralen Bereich 4b.
Infolge dieses ersten Trockenätzschritts werden Ätz-Nebenprodukte erzeugt, so wie eine Elektrodenmetallschicht, die durch Ätzen entfernt wird, chemisch polymerisierte Produkte von Ätzgas, und Zusammensetzungen von Ätzgas und einer Elektrodenmetallschicht. Sie haften an der Seitenfläche 11 der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 und der Seitenfläche 9 der piezoelektrischen Dünnschicht 4, wobei auf diese Weise eine dünne Schicht von Seitenwandablagerungen 12 gebildet wird. Der Umfangsbereich 4c der piezoelektrischen Dünnschicht ist eine Ebene, die im Wesentlichen vertikal zu der vorwärts gerichteten Richtung des Ätzens verläuft, das heißt die auftreffende Ebene der Ionenpartikel, die von dem Ätzgas erzeugt werden, und die Seitenwandablagerungen 12 werden nicht gebildet.
Nach dem ersten Trockenätzschritt wird ein weiterer Trocknätzschritt ausgeführt. Als erstes wird, wie in 2D gezeigt, eine zweite Ätzmaske 18 auf der verbleibenden zweiten Elektrodenmetallschicht 8 gebildet, die mit der Maske bedeckt ist und nicht durch das Ätzen entfernt wurde. Diese zweite Ätzmaske 18 ist in ihrer Fläche größer als die erste Ätzmaske 14, und aus diesem Grunde sind die zweite Elektrodenmetallschicht 8 und ein Teil des Umfangsbereichs 4c der piezoelektrischen Dünnschicht 4 mit der zweiten Ätzmaske 18 bedeckt.
Durch das Trockenätzen – wie bei dem ersten Trockenätzschritt – werden in dem Bereich (gekennzeichnet durch einen Pfeil in 2D), der nicht mit der zweiten Ätzmaske 18 bedeckt ist, die piezoelektrische Dünnschicht 4 mit der Dicke h1 und die erste Elektrodenmetallschicht 6 durch Ätzen entfernt (zweiter Trocken ätzschritt). Nach dem zweiten Trockenätzschritt wird die zweite Ätzmaske 18 entfernt, und ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element 2, wie in 1A gezeigt, ist fertig gestellt.
Bei dem zweiten Trockenätzschritt – wie bei dem ersten Trockenätzschritt – werden Ätz-Nebenprodukte erzeugt, und wie in 1A gezeigt, haften Seitenwandablagerungen 12 auf der neu gebildeten Seitenfläche 9 der piezoelektrischen Dünnschicht 4 und der Seitenfläche 7 der ersten Elektrodenmetallschicht 6.
Wenn ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element durch das beschriebene Verfahren hergestellt wird, in der Kontur des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2, kann der Umfangsbereich 4c, der von Seitenwandablagerungen frei ist, auf der oberen Oberfläche 4d der piezoelektrischen Dünnschicht 4 gebildet werden. Da die Seitenwandablagerungen 12, die auf der Seitenfläche 7 der ersten Elektrodenmetallschicht 6 und der Seitenfläche 9 ihrer darauf folgenden piezoelektrischen Dünnschicht 4 haften, und die Seitenwandablagerungen 12, die auf der Seitenfläche 11 der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 und der Seitenfläche 9 ihrer darauf folgenden piezoelektrischen Dünnschicht 4 haften, durch den Umfangsbereich 4c isoliert sind, werden folglich die erste Elektrodenmetallschicht 6 und die zweite Elektrodenmetallschicht 8 nicht durch die Seitenwandablagerungen 12 kurzgeschlossen, und auf diese Weise kann die Isolierung zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 6 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 verbessert werden. Infolgedessen wird die Betriebssicherheit des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements verbessert und der Ertrag der Erzeugnisse bei dem Herstellungsverfahren kann auch erhöht werden.
In den 1 und 2 wird das Substrat zum Halten des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements nicht dargestellt, aber wenn nötig kann das piezoelektrische Dünnschicht-Element gehalten werden durch ein bestimmtes Substrat.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element der Ausführungsform kann auch hergestellt werden wie ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element 2A, das in 1B gezeigt ist, bei dem der Umfangsbereich 4c und die obere Oberfläche 4d aufeinander folgen, um auf einer selben Ebene positioniert zu sein, mit anderen Worten kann der Umfangsbereich 4c freigelegt sein, ohne eine Stufendifferenz zwischen dem Umfangsbereich 4c der piezoelektrischen Dünnschicht 4 und der oberen Oberfläche 4a der piezoelektrischen Dünnschicht 4 zu bilden. Bei diesem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2A – wie auch bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 in 1A – sind die Seitenwandablagerungen 12 des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements durch den Umfangsbereich 4c isoliert, welcher von Seitenwandblagerungen 12 frei ist, und die erste Elektrodenmetallschicht 6 und die zweite Elektrodenmetallschicht 8 sind nicht durch die Seitenwandablagerungen 12 kurzgeschlossen, und auf diese Weise kann die Isolierung zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 6 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 8 verbessert werden.
Bei der Herstellung des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 2A in 1B, sollte bei dem ersten Ätzschritt in 2B der Ätz-Zustand so eingerichtet sein, dass die piezoelektrische Dünnschicht 4 durch Ätzen nicht entfernt werden kann, durch das Definieren der Ätztiefe in der Schichtdicke der zweiten Elektrodenmetallschicht 8. Jedoch stellt der Bereich der piezoelektrischen Dünnschicht 4, die als piezoelektrisch dient, einen Teil der piezoelektrischen Dünnschicht 4 dar, die mit der Elektrodenmetallschicht für beide Oberflächen bedeckt ist, und der Umfangsbereich 4c, der nicht mit der Elektrodenmetallschicht bedeckt ist, dient nicht als piezoelektrisches Element. Wenn die Dicke des Umfangsabschnitts 4c, welcher nicht als piezoelektrisches Element dient, groß ist, kann eine ausdehnende oder zusammenziehende Bewegung der piezoelektrischen Dünnschicht 4 behindert werden. Folglich wird bevorzugt, dass die Dicke des Umfangsbereichs 4c gering ist, wie auch bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 in 1A.
Die Breite W des Umfangsabschnitts 4c der piezoelektrischen Dünnschicht 4 beträgt vorzugsweise 0,1 μm oder mehr, entweder in dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 in 1A oder dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2A in 1B, und in diesem Fall kann die erste Elektrodenmetallschicht 6 und die zweite Elektrodenmetallschicht 8 sicherer isoliert werden.
Wie hierin beschrieben – da der Umfangsbereich 4c eine Funktion des elektrischen Isolierens der Elektroden aufweist – und in dieser Beschreibung, wird sie auch eine Elektrodentrennoberfläche genannt, und wenn eine Stufendifferenz zu der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht vorliegt, wird sie als Stufenabschnitt bezeichnet.
[Erste Ausführungsform]
Ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird gebildet beispielsweise durch das Laminieren zweier piezoelektrischer Dünnschicht-Elemente, zusammengesetzt aus ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnschicht-Elementen, und verglichen mit dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 2 mit einer einzelnen Schicht in einer Ausführungsform, kann sie verwendet werden als ein Stellglied, welches eine größere Verschiebungswirkung aufweist. Die 3 und 4 sind Diagramme, die ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element 30 der ersten Ausführungsform zeigen, und speziell 3 ist eine Ansicht des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 30, und 4 ist eine Schnittansicht, gesehen entlang einer Linie 4A-4A' des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 30 in 3. Da der Bereich begrenzt ist, sind in 3 keine Seitenwandablagerungen 12 dargestellt.
Wie später bei dem Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 30 beschrieben wird, sind die Kontur (Form) des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 30 und des Durchgangsloches 36 durch Trockenätzen eines laminierten Körpers gebildet, der gebildet ist aus einer ersten Einheit eines laminierten Körpers, welcher ein erstes piezoelektrisches Dünnschicht-Element 32 aufweist, das auf einem Substrat 70 eingerichtet ist, und einer zweiten Einheit eines laminierten Körpers, der auf dem ersten laminierten Körper gebildet ist und ein zweites piezoelektrisches Dünnschicht-Element 34 aufweist.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element 30, das durch Trockenätzen erzielt wird, wird in 4 gezeigt, bei dem das zweite piezoelektrische Dünnschicht-Element 34 an einer Klebschicht 50 auf dem ersten piezoelektrischen Dünnschicht-Element 32 haftet, welches auf der Hauptoberfläche des Substrats 70 gebildet ist, und das erste piezoelektrische Dünnschicht-Element 32 und das zweite piezoelektrische Dünnschicht-Element 34 können elektrisch verbunden werden durch das Durchgangsloch 36, um zusammengesetzt zu sein, wie in 5 gezeigt. Das Verfahren wird später beschrieben.
Das erste piezoelektrische Dünnschicht-Element 32 zum Zusammensetzen der unteren Schicht des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 30 ist zusammengesetzt aus einer ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38, einer ersten Elektrodenmetallschicht 40, die auf der unteren Oberfläche 33a der piezoelektrischen Dünnschicht 38 gebildet ist, und einer zweiten Elektrodenmetallschicht 42, die auf der Oberseite der piezoelektrischen Dünnschicht 38 gebildet ist, und die einen kleineren Bereich aufweist als die erste Elektrodenmetallschicht 40. Die Oberseite der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 ist zusammengesetzt aus einem zentralen Bereich 38c, der mit der zweiten Elektrodenmetallschicht 42 bedeckt ist, und einem Umfangsbereich 38c, welcher den zentralen Bereich 38b umgibt und die erste piezoelektrische Dünnschicht 38 freilegt. Bei der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 ist eine Stufendifferenz in dem Umfangsabschnitt 38c gebildet, so dass die Dicke in dem Umfangsbereich 38c geringer sein kann als die Dicke in dem zentralen Bereich 38b. Ferner ist ein Abschnitt der ersten Elektrodenmetallschicht 40 herausgezogen, wie in 3 gezeigt, um das Verdrahten zu erleichtern, und eine Teiloberfläche 60 ist auf dem Substrat 70 freigelegt.
Das zweite piezoelektrische Dünnschicht-Element 34, das auf dem ersten piezoelektrischen Dünnschicht-Element 32 mit der Klebschicht 50 laminiert ist, ist zusammengesetzt aus einer zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44, einer dritten Elektrodenmetallschicht 46, die auf der unteren Oberfläche 44a der piezoelektrischen Dünnschicht 44 gebildet ist, und einer vierten Elektrodenmetallschicht 48, die auf der Oberseite der piezoelektrischen Dünnschicht 44 gebildet ist und einen kleineren Bereich als die dritte Elektrodenmetallschicht 46 aufweist. Die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 weist eine Öffnung 44f auf, die einen Abschnitt des Durchgangslochs 36 bildet, und die Oberseite der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 ist zusammengesetzt aus einem zentralen Bereich 44b, der bedeckt ist mit der vierten Elektrodenmetallschicht 48, einem Umfangsbereich 44c, der den Umfang des zentralen Bereichs 44b umgibt und die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 freigibt, und einem öffnenden Umfangsbereich 44e, der die Öffnung 44f im Inneren des zentralen Bereichs 44b umgibt und die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 freigibt. Bei der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 ist eine Stufendifferenz in dem öffnenden Umfangsbereich 44e und dem Umfangsbereich 44c gebildet, so dass die Dicke in dem öffnenden Umfangsbereich 44e und dem Umfangsbereich 44c größer sein kann als die Dicke in dem zentralen Bereich 44b.
5 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel eines Verfahrens zum Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Dünnschicht-Element 30 zeigt. Wie in 5 gezeigt, gemäß dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 30, ist eine erste gemeinsame Elektrode gebildet durch das Kurzschließen der ersten Elektrodenmetallschicht 40 und der vierten Elektrodenmetallschicht 48, und eine zweite gemeinsame Elektrode ist gebildet durch das Kurzschließen der zweiten Elektrodenmetallschicht 42 und der dritten Elektrodenmetallschicht 46. Durch das Anlegen einer Spannung zwischen die auf diese Weise gebildete erste gemeinsame Elektrode und die zweite gemeinsame Elektrode, wird gestattet, dass sich die erste piezoelektrische Dünnschicht 38 und die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 innerhalb einer Ebene ausdehnen und zusammenziehen, so dass das piezoelektrische Element 30 als ein Stellglied verwendet werden kann.
Durch das tatsächliche Verdrahten wird die gewünschte elektrische Verbindung hergestellt, durch das Gestalten der Isolierschicht und die Gestaltung der Metallschicht auf der Oberseite des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements in den 3 und 4. Es ist auch möglich durch die Verwendung von Verbindungsleitungen zu verbinden.
Gemäß dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 30, wie in den 3 und 4 gezeigt, ist das Durchgangsloch 36 gebildet von der vierten Elektrodenmetallschicht 48 zu der zweiten Elektrodenmetallschicht 42, und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 und die zweite Elektrodenmetallschicht 42 sind in ihrer Oberseite im Inneren des Durchgangslochs 36 freigelegt. Die gesamte Oberfläche der vierten Elektrodenmetallschicht 48 ist auf der Oberseite des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements 30 freigelegt, und die erste Elektrodenmetallschicht 40 ist in ihrer Teiloberfläche 60 freigelegt, wie vorstehend erwähnt. Folglich kann eine notwendige Verdrahtung in dem freigelegten Abschnitt von jeder Elektrodenmetallschicht verbunden werden, und eine Spannung kann an jede Elektrodenmetallschicht angelegt werden.
Bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 30 der Ausführungsform haften bei dem Trockenätz-Schritt Seitenwandablagerungen 12 auf einer Seitenfläche 52 der ersten Elektrodenmetallschicht 40, einer Seitenfläche 53 der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 und einer Seitenfläche 54 der zweiten Elektrodenmetallschicht 42, aber es haften keine Seitenwandablagerungen 12 auf dem Umfangsbereich 38c. Da die Seitenwandablagerungen 12 durch den Umfangsbereich 48c isoliert sind, werden folglich die erste Elektrodenmetallschicht 40 und die zweite Elektrodenmetallschicht 42 nicht kurzgeschlossen durch die Seitenwandablagerungen 12.
Entsprechend haften Seitenwandablagerungen 12 auf einer Seitenfläche 56 der dritten Elektrodenmetallschicht 46, einer Seitenwand 57 der piezoelektrischen Dünnschicht 44 und einer Seitenwand 58 der vierten Elektrodenmetallschicht 48, aber Seitenwandablagerungen 12 haften nicht auf dem Umfangsbereich 44c. Ferner haften in einem Durchgangsloch 36 Seitenwandablagerungen 12 auf einer Seitenfläche 62 der dritten Elektrodenmetallschicht 46, einer Seitenfläche 63 der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 und einer Seitenfläche 64 der vierten Elektrodenmetallschicht 48, aber es haften keine Seitenwandablagerungen 12 auf dem Öffnungs-Umfangsbereich 44e. Da die Seitenwandablagerungen 12 durch den Umfangsbereich 44c und den Öffnungs-Umfangsbereich 44e isoliert sind, werden folglich die dritte Elektrodenmetallschicht 46 und die vierte Elektrodenmetallschicht 48 nicht kurzgeschlossen durch die Seitenwandablagerungen 12.
Die zweite Elektrodenmetallschicht 42 und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 können durch die Seitenwandablagerungen 12 kurzgeschlossen werden, die auf Seitenflächen 55 und 61 der Klebschicht 50 gebildet sind, aber wie vorstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, da die zweite Elektrodenmetallschicht 42 und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 ein identisches Potential aufweisen, wenn die zweite Elektrodenmetallschicht 42 und die dritte Elektro denmetallschicht 46 durch die Seitenwandablagerungen 12 kurzgeschlossen werden, besteht keine Auswirkung auf das piezoelektrische Element.
Wie hierin beschreiben wurde, gemäß dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 30 der Ausführungsform, kann die Isolierung zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 40 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 42 verbessert werden, und auch die Isolierung zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht 46 und der vierten Elektrodenmetallschicht 48 kann verbessert werden, und die Betriebssicherheit des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements kann erhöht werden.
Nun Bezug nehmend auf die 6 bis 21, wird ein Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Elements 30 der Ausführungsform beschrieben. Die 6 bis 21 sind Schnittansichten entsprechend der Linie 4A-4A' des piezoelektrischen Elements 30, das in 3 gezeigt wird.
Als erstes werden auf einem Substrat 70 eine erste Elektrodenmetallschicht 40, eine erste piezoelektrische Dünnschicht 38 und eine zweite Elektrodenmetallschicht 42 in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats 70 abgelagert. Auf einem anderen Substrat 72 werden eine vierte Elektrodenmetallschicht 48, eine zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 und eine dritte Elektrodenmetallschicht 46 in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats 72 abgelagert. Als nächstes werden diese zwei laminierten Körper aneinander geklebt, wie in 6 gezeigt, mit einer Klebschicht 50, so dass die zweite Elektrodenmetallschicht 42 und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 gegenüber voneinander eingerichtet sind. Ferner können ohne Nutzung eines Klebstoffs die zweite Elektrodenmetallschicht 42 und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 durch eine Wärmeverbindung unter Verwendung von Ultraschallschwingungen geklebt werden. Wenn ein leitfähiger Kleber als der Klebstoff verwendet wird, können unterdessen die zweite Elektrodenmetallschicht 42 und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 elektrisch verbunden werden, ohne Verwendung des Durchgangslochs 36 (siehe 3, 4).
Als nächstes, wie in 7 gezeigt, wird das Substrat 72 beispielsweise durch Feuchtätzen entfernt, und eine erste Ätzmaske 74 wird auf der vierten Elektro denmetallschicht 48 gebildet, wie in 8 gezeigt. Die erste Ätzmaske 74 kann gebildet sein beispielsweise durch das Ausführen der Photolithographie, welche Photolack verwendet. Wie im Folgenden beschrieben, werden entsprechend eine zweite Ätzmaske 76, eine dritte Ätzmaske 78, eine vierte Ätzmaske 80 und eine fünfte Ätzmaske 82 gebildet.
Wie in 9 gezeigt, wird die vierte Elektrodenmetallschicht 48 in einem Bereich, der nicht mit der Maske 74 bedeckt ist, durch Trockenätzen entfernt, und ein Abschnitt der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 wird entfernt durch Ätzen, bis die Dicke der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 h3 betragen kann (erster Trockenätzschritt). Infolgedessen sind ein zentraler Bereich 44b, bedeckt mit der vierten Elektrodenmetallschicht 48, und ein Umfangsabschnitt 44c, der den zentralen Bereich 44b umgibt und die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 freigibt, auf der Oberseite der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 gebildet. Ferner ist eine Stufendifferenz in dem Umfangsabschnitt 44c gebildet, und die Dicke h3 der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 in dem Umfangsbereich 44c ist geringer als die Dicke h4 der piezoelektrischen Dünnschicht 44 in dem zentralen Bereich 44b.
Nach dem ersten Trockenätzschritt wird die erste Ätzmaske 74 in einer geeigneten organischen Lösung eingetaucht, und die erste Ätzmaske 74 wird durch Ultraschall-Bestrahlung, Ultraschall-Schwingungen oder ähnliches – wie erforderlich – entfernt. Wie im Folgenden beschrieben, werden entsprechend eine zweite Ätzmaske 76, eine dritte Ätzmaske 78, eine vierte Ätzmaske 80 und eine fünfte Ätzmaske 82 entfernt.
Bei dem ersten Trockenätzschritt werden – wie vorstehend erwähnt – Ätz-Nebenprodukte gebildet, und – wie in 10 gezeigt – werden Seitenwandablagerungen 12 in einer dünnen Schicht an der Seitenfläche des laminierten Körpers gebildet. Das heißt, dass Seitenwandablagerungen 12 auf der Seitenfläche der vierten Elektrodenmetallschicht 48, der Seitenfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44, der Seitenfläche der dritten Elektrodenmetallschicht 46, der Seitenfläche der Klebschicht 50, der Seitenfläche der zweiten Elektrodenmetallschicht 42, der Seitenfläche der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 und der Seitenfläche der ersten Elektrodenmetallschicht 40 haften. Der Umfangsbe reich 44c der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 ist eine Ebene, die im Wesentlichen vertikal zu der vorwärts gerichteten Richtung des Ätzens verläuft, und sie ist die Einfallsebene der Ionenpartikel, die von dem Ätzgas erzeugt werden, und folglich erfolgt kein Anhaften von Seitenwandablagerungen 12.
Eine zweite Ätzmaske 76 wird, wie in 11 gezeigt, auf der vierten Elektrodenmetallschicht 48 gebildet und nicht durch den ersten Trockenätzschritt entfernt. Diese zweite Ätzmaske 76 ist breiter als der Bereich der ersten Ätzmaske 74, wie in 8 gezeigt ist, und folglich bedeckt die zweiten Ätzmaske 78 einen Abschnitt des Umfangsbereichs 44c der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44, zusätzlich zu der vierten Elektrodenmetallschicht 48.
Das Trockenätzen wird ausgeführt und der Bereich, der nicht mit der zweiten Ätzmaske 76 bedeckt ist, wird entfernt, wie in 12 gezeigt, wobei das Ätzen ausgeführt wird, bis die Dicke der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 h5 beträgt (zweiter Trockenätzschritt). Nach dem Trockenätzen ist die zweite Trockenätzmaske entfernt, wie in 13 gezeigt. Durch diesen zweiten Trockenätzschritt sind ein zentraler Bereich 38b, der mit der zweiten Elektrodenmetallschicht 42 bedeckt ist, und ein Umfangsbereich 38c, der den zentralen Bereich 38b umgibt und die erste piezoelektrische Dünnschicht 38 freigibt, auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 gebildet. Ferner ist eine Stufendifferenz in dem Umfangsbereich 38c gebildet, und die Dicke (h5) der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 in dem Umfangsbereich 38c ist geringer als die Dicke (h6) der piezoelektrischen Dünnschicht 38 in dem zentralen Bereich 38b.
Auch nach dem zweiten Trockenätzschritt werden Ätz-Nebenprodukte erzeugt, und Seitenwandablagerungen 12 werden in einer dünnen Schicht auf der Seitenfläche des neu gebildeten laminierten Körpers anhaften, das heißt, an der Seitenfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44, der Seitenfläche der dritten Elektrodenmetallschicht 46, der Seitenfläche der Klebschicht 50, der Seitenfläche der zweiten Elektrodenmetallschicht 42, der Seitenfläche der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 und der Seitenfläche der ersten Elektrodenmetallschicht 40 haften. Der Umfangsbereich 38c der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 ist eine Ebene, die im Wesentlichen vertikal zu der vorwärts gerichteten Richtung des Ätzens verläuft, und sie ist die Einfallsebene der Ionenpartikel, die von dem Ätzgas erzeugt werden, und folglich erfolgt kein Anhaften vom Seitenwandablagerungen 12.
Eine dritte Ätzmaske 78 wird, wie in 14 gezeigt, auf der vierten Elektrodenmetallschicht 48 gebildet. Diese dritte Ätzmaske 78 ist breiter als der Bereich der zweiten Ätzmaske 76, wie in 11 gezeigt ist, und bedeckt einen Abschnitt des Umfangsbereichs 38c der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38, zusätzlich zu der vierten Elektrodenmetallschicht 48, und den Umfangsbereich 44c der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44. Die dritte Ätzmaske 78 weist auch eine Öffnung 37 auf, zum Bilden eines Durchgangslochs 36 in dem Element.
Der dritte Trockenätzschritt wird ausgeführt wie in 15 gezeigt. Bei dem dritten Trockenätzschritt, der in 15 gezeigt ist, wird in der Kontur des Elements die erste piezoelektrische Dünnschicht 38 mit der Dicke h5 in dem Bereich, der nicht mit der dritten Ätzmaske 78 bedeckt ist, entfernt. Gleichzeitig wird in der Öffnung 37 der dritten Ätzmaske 78 die vierte Elektrodenmetallschicht 48 entfernt, und ein Abschnitt der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 wird durch Ätzen entfernt, bis die Dicke der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 h7 beträgt (dritter Trockenätzschritt). Nach dem Trockenätzen ist die dritte Trockenätzmaske 78 entfernt, wie in 16 gezeigt.
Durch diesen dritten Trockenätzschritt ist die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 in der Öffnung 37 freigelegt (Fläche 44e der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44). Ferner ist in der Kontur des Elements eine Oberfläche 60 der ersten Elektrodenmetallschicht 40 freigelegt. Auch durch diesen dritten Ätzschritt werden Ätz-Nebenprodukte erzeugt, und Seitenwandablagerungen 12 werden in einer dünnen Schicht auf der Seitenfläche des neu gebildeten laminierten Körpers anhaften, das heißt, der Seitenfläche der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 mit der Dicke h5, der Seitenfläche der vierten Elektrodenmetallschicht 48 in der Öffnung 37 und der Seitenfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44. Aus demselben Grund wie dem vorstehend Beschriebenen, werden keine Wandablagerungen in dem Öffnungs-Umfangsbereich 44e der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 und der Oberfläche der ersten Elektrodenmetallschicht 40 gebildet.
Eine vierte Ätzmaske 80 wird, wie in 17 gezeigt, auf der vierten Elektrodenmetallschicht 48 gebildet. Diese vierte Ätzmaske 80 ist kleiner im Bereich der Öffnung 37 und größer in dem Maskenoberflächenbereich, verglichen mit der dritten Ätzmaske 78 in 14, und bedeckt einen Abschnitt der freigelegten Oberfläche 60 der ersten Elektrodenmetallschicht 40 und einen Abschnitt der Oberfläche 44e der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44.
Der vierte Trockenätzschritt wird ausgeführt wie in 18 gezeigt. Bei dem vierten Trockenätzschritt, der in 18 gezeigt ist, wird in der Kontur des Elements die erste Elektrodenmetallschicht 40 durch Ätzen entfernt. Gleichzeitig wird in der Öffnung 37 die zweite piezoelektrische Dünnschicht 44 mit der Dicke h7 entfernt und die dritte Elektrodenmetallschicht 46 freigelegt. Nach dem Ätzen ist die vierte Ätzmaske 80 entfernt, wie in 19 gezeigt.
Auch durch den vierten Trockenätzschritt werden Ätz-Nebenprodukte erzeugt, und Seitenwandablagerungen 12 werden in einer dünnen Schicht auf der Seitenfläche des neu gebildeten laminierten Körpers anhaften, das heißt, die Seitenfläche der ersten Elektrodenmetallschicht 40 und die Seitenfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 in der Öffnung 37.
Eine fünfte Ätzmaske 82 wird gebildet, wie in 20 gezeigt, die kleiner ist im Bereich der Öffnung 37 und größer ist in dem Maskenoberflächenbereich, verglichen mit der vierten Ätzmaske 80. Wie in 21 gezeigt, wird nach dem Trockenätzen – bis die zweite Elektrodenmetallschicht 40 in der Öffnung 37 freigelegt ist (fünfter Trockenätzschritt), die fünfte Ätzmaske 82 entfernt, und ein piezoelektrisches Dünnschicht-Element 30, wie in 4 gezeigt, wird erzielt. Zudem werden bei dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element 30 in 4 Seitenwandablagerungen, die auf der Seitenfläche des Substrats 70 haften, nicht dargestellt.
Wenn das piezoelektrische Dünnschicht-Element durch ein solches Verfahren hergestellt wird – da der Umfangsbereich 38c, der eine Elektrodentrennoberfläche frei von Seitenwandablagerungen ist, auf der Oberseite der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 38 gebildet werden kann – sind die erste Elektrodenmetallschicht 40 und die zweite Elektrodenmetallschicht 42 nicht kurzgeschlossen durch die Seitenwandablagerungen 12, und die Isolierung zwischen der ersten Elektrodonmetallschicht 40 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 42 kann erhöht werden. Außerdem kann der Umfangsbereich 44c und der Öffnungs-Umgangsbereich 44e frei von Seitenwandablagerungen auf der Oberseite der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 44 gebildet werden, die dritte Elektrodenmetallschicht 46 und die vierte Elektrodenmetallschicht 48 werden durch die Seitewandablagerungen 12 nicht kurzgeschlossen, und die Isolierung zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht 46 und der vierten Elektrodenmetallschicht 48 kann erhöht werden. Infolgedessen kann die Betriebssicherheit des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements erhöht werden und der Produktertrag bei dem Herstellungsprozess wird erhöht.
In den 3 und 4 wird das piezoelektrische Dünnschicht-Element 30 gezeigt, um auf dem Substrat 70 vorhanden zu sein, aber es kann auch verwendet werden, um das Substrat 70 in einem späteren Schritt zu entfernen. Das Substrat kann entfernt werden durch Feuchtätzen, Trockenätzen, Polieren usw.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element 30 dieser Ausführungsform, das auf diese Weise hergestellt ist, kann beispielsweise in einem Kopf-Haltemechanismus 100 verwendet werden, wie in 22 gezeigt. Der Kopf-Haltemechanismus 100 wird bereitgestellt in einer Magnetplattenvorrichtung, und hält einen Magnetkopf 101, der auf einer Gleitvorrichtung 102 befestigt ist, wie in 22 gezeigt. Der Kopf-Haltemechanismus 100 umfasst einen Stützbalken 104, der mit der Gleitvorrichtung 102 durch Stellglieder 108A und 108B verbunden ist, eine Basisplatte 105, die mit dem Stützbalken 104 verbunden ist, und ein Basis-Ende 140A. Das piezoelektrische Dünnschicht-Element 30 der Ausführungsform kann in diesen Stellgliedern 108A und 108B verwendet werden.
Durch das Verschieben des Stellgliedes 108A in der Richtung des Pfeils A und des Stellgliedes 108B in der Richtung des Pfeils B beispielsweise – wie in 22 gezeigt – kann der Kopf 101 in der Richtung des Pfeils C verschoben werden. Durch das Steuern der Verschiebung der Stellglieder 108A und 108B kann der Kopf 101, der auf der Gleitvorrichtung 102 befestigt ist, in einer willkürlichen Position auf der Magnetplatte in einer sehr großen Genauigkeit positioniert werden.
[Zweite Ausführungsform]
24 ist eine Ansicht eines Stellgliedes A1 in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und 25 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 24. Das Stellglied A1 der zweiten Ausführungsform umfasst ein Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2, das durch das Verfahren hergestellt wird, welches in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, und wird verwendet bei einer Magnetplatten-Aufnahme- und -Wiedergabevorrichtung zum Positionieren der Kopf-Gleitvorrichtung in einer bestimmten Spurenposition auf der Disk mit einer hohen Genauigkeit. Bei dem Stellglied A1 der zweiten Ausführungsform weisen die zwei piezoelektrischen Elemente V1, V2 eine identische Struktur auf, und sind durch rechte und linke symmetrische Positionen eingerichtet. Diese piezoelektrischen Elemente V1, V2 sind jedes durch das Laminieren von zwei Dünnschicht-Elementen V11 (V21), V12 (V22) gebildet, um eine größere Verschiebung zu erzielen.
Jedes piezoelektrische Dünnschicht-Element V11 (V21) weist eine erste piezoelektrische Schicht 138 auf, die zwischen einer ersten Elektrodenmetallschicht 140 und einer zweiten Elektrodenmetallschicht 142 eingerichtet ist, und es ist ein Stufenabschnitt 138c als eine Elektrodentrennoberfläche auf dem äußeren Umfang der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 gebildet.
Entsprechend weist das piezoelektrische Dünnschicht-Element V12 (V22) eine zweite piezoelektrische Dünnschicht 144 auf, die zwischen einer dritten Elektrodenmetallschicht 146 und einer vierten Elektrodenmetallschicht 148 angeordnet ist, und ein Stufenabschnitt 144c ist als eine Elektrodentrennoberfläche auf dem äußeren Umfang der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 gebildet.
Das piezoelektrische Dünnschicht-Element V11 (V21) und das piezoelektrische Dünnschicht-Element V12 (V22) sind durch eine Klebschicht 150 miteinander verbunden, so dass die zweite Elektrodenmetallschicht 142 und die dritte Elektrodenmetallschicht 146 gegenüber voneinander angeordnet sein können. Das piezoelektrische Dünnschicht-Element V11 (V21) und das piezoelektrische Dünnschicht-Element V12 (V22) sind miteinander verbunden, so dass die zweite Elektrodenmetallschicht 142 und die dritte Elektrodenmetallschicht 146 elektrisch miteinander verbunden sein können, und auch die erste Elektrodenmetallschicht 146 und die vierte Elektrodenmetallschicht 148 sind verbunden, um elektrisch miteinander verbunden zu sein.
Nun Bezug nehmend auf die Figuren, wird im Folgenden ein Herstellungsverfahren des Stellgliedes A1 der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Bei diesem Herstellungsverfahren wird als Erstes eine Einheit eines laminierten Körpers zum Zusammensetzen des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements V11, V21 und eine Einheit eines laminierten Körpers zum Zusammensetzen des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements V12, V22 auf einzelnen Substraten gebildet.
Genauer gesagt, wie in 26A gezeigt, wird beispielsweise auf einem Substrat 70 aus monokristallinem Magnesiumoxid mit 0,5 mm Dicke, eine erste Elektrodenmetallschicht 140 aus Pt gebildet, und eine erste piezoelektrische Dünnschicht 138 aus PZT wird auf dieser gebildet, und ferner wird auf dieser eine zweite Elektrodenmetallschicht 142 aus Pt gebildet.
Entsprechend wird auf einem Substrat 72 aus monokristallinem Magnesiumoxid eine Einheit eins laminierten Körpers gebildet, der zusammengesetzt ist aus einer vierten Elektrodenmetallschicht 148, einer zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 und einer dritten Elektrodenmetallschicht 146. In 26A werden die Bezugszeichen des Substrats 72, der vierten Elektrodenmetallschicht 148, der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 und der dritten Elektrodenmetallschicht 146 in Parenthese gezeigt.
Folglich wird auf der zweiten Elektrodenmetallschicht 142, die in der höchsten Lage des Substrats 70 gebildet ist, eine Klebschicht 150 in einer Dicke von beispielsweise 1,5 μm gebildet (26B).
Auf der Klebschicht 150 ist die dritte Elektrodenmetallschicht 146 gegenüberliegend auf dem Substrat 72 geklebt, und die Einheit eines laminierten Körpers auf einem Substrat 70 und die Einheit eines laminierten Körpers auf dem anderen Substrat 172 sind zusammengeklebt (26C).
Nach dem Kleben wird ein Substrat 72 durch Ätzen entfernt (26D). Auf diese Weise wird eine laminierte Struktur der ersten Elektrodenmetallschicht 140, der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138, der zweiten Elektrodenmetallschicht 142, der Klebschicht 150, der dritten Elektrodenmetallschicht 146, der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 auf dem Substrat 70 gebildet.
Durch das Bearbeiten der laminierten Struktur, die auf dem Substrat 70 gebildet ist, wie im Folgenden beschrieben werden wird, werden mehrere Stellglieder A1 gebildet, die in einer Matrix angeordnet sind.
Als erstes werden für ein Stellglied A1 ein Paar Masken M10, M20 auf der laminierten Struktur gebildet (27). Hierin ist die Maske M10 eine Maske zum Bilden des piezoelektrischen Elements V1 und die Maske M20 ist eine Maske zum Bilden des piezoelektrischen Elements V2.
Als nächstes wird der Abschnitt, der nicht die Masken M10, M20 bildet, durch Ätzen von der Oberfläche der vierten Elektrodenmetallschicht 148 zur Mitte der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 entfernt (28A, B), und dann werden die Masken M10, M20 abgezogen (29A, B).
Bis zu diesem Punkt ist der Abschnitt über dem zweiten Stufenabschnitt 144c in den piezoelektrischen Elementen V1, V2 gebildet.
In den 28 bis 35 zeigt B eine Schnittansicht entlang der Linie b-b in A.
Bei den piezoelektrischen Elementen V1, V2 – um den Abschnitt über der ersten Stufe 138c zu bilden – sind Masken M11, M21 gebildet, um den Abschnitt über dem zweiten Stufenabschnitt 144c und seinem Umfang zu bedecken (der Beriech entsprechend dem zweiten Stufenabschnitt 144), und der Abschnitt, der nicht die Masken M11, M21 bildet, wird durch das Ätzen bis zu der Mitte der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 entfernt (30A, B), und die Masken M11, M21 werden abgezogen.
Bei diesem Vorgang wird der Abschnitt über dem ersten Stufenabschnitt 138c in den piezoelektrischen Elementen V1, V2 gebildet. Wenn die Masken M11, M21 gebildet werden, wird die Breite des zweiten Stufenabschnitts 144c festgelegt auf beispielsweise 5 μm, durch das Einstellen der Dimensionen der Masken M11, M21. Außerdem ist bei den piezoelektrischen Elementen V1, V2 an einem Ende der Außenseite eine Kerbe 8k2 gebildet, um eine Steuerungselektrode 170 zum Verbinden der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 zu bilden.
Folgich sind bei den piezoelektrischen Elementen V1, V2 Masken M12, M22 gebildet, um den Abschnitt über dem ersten Stufenabschnitt 138c und seine Umgebung zu bedecken (den Bereich entsprechend dem ersten Stufenabschnitt 138c) (31A, B). Diese Masken M12, M22 weisen jeweils Öffnungen M12a, M22a auf, zum Bilden einer Aussparung 23a in den piezoelektrischen Elementen V1, V2. Der Abschnitt, der nicht die Masken M12, M22 bildet, wird durch Ätzen entfernt, bis die Oberfläche der ersten Elektrodenmetallschicht 140 freigelegt ist (31A, B).
Gleichzeitig wird bei diesem Vorgang in den Öffnungen M12a, M22a der Masken M12, M22 – durch das Entfernen bis zu der Mitte der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 – eine Aussparung H23a gebildet (31A, B).
Um die erste Elektrodenmetallschicht 140 in jedem der piezoelektrischen Elemente V1, V2 zu trennen, sind Masken M13, M23 gebildet. Diese Masken M13, M23 weisen Öffnungen M13a, M23a auf, die in dem mittleren Abschnitt der Oberfläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 gebildet sind, um zu dem Boden der Aussparung H23a freiliegend zu sein (32A, B).
Durch das Ätzen und Entfernen der ersten Elektrodenmetallschicht 140 in dem Abschnitt, der nicht die Masken M13, M23 bildet, werden die piezoelektrischen Elemente V1, V2 getrennt, und gleichzeitig wird – durch das Entfernen der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144, die in den Öffnungen M13a, M23a geöffnet ist – eine Aussparung H23b gebildet, und die Oberfläche der dritten Elektrodenmetallschicht 146 ist in ihrem Boden freigelegt (32A, B).
Außerhalb der Aussparung H23b, ist ein Stufenabschnitt S23a gebildet als eine Elektrodentrennoberfläche (innere Elektrodentrennoberfläche), um die Aussparung H23b zu umgeben.
Nach dem Abziehen der Masken M13, M23 ist in der dritten Elektrodenmetallschicht 146, die durch die Öffnungen M13a, M23a freigelegt ist, eine Maske M 440 gebildet, um ein Durchgangsloch TH23 zu bilden, und das Durchgangsloch TH23, das die Klebschicht 150 durchdringt, wird gebildet (33A, B).
Der Abschnitt des Durchgangsloches TH23, das die Klebschicht 150 und den Öffnungsabschnitt (Öffnungen 160a, 160b) zum Verbinden der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 durchdringt, ist entfernt und eine Isolierschicht 160 zum Bedecken des ganzen Elements ist gebildet (34A, B).
Nach dem Bilden der Isolierschicht 160 sind eine Steuerungselektrode 170 zum Verbinden der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 sowie eine gemeinsame Elektrode 180 zum Verbinden der zweiten Elektrodenmetallschicht 142 und der dritten Elektrodenmetallschicht 146 gebildet (35A, B).
Bei dem Stellglied der zweiten Ausführungsform, das eine solche Konfiguration aufweist, weisen sein Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2 jeweils einen Stufenabschnitt 138c an dem äußeren Umfang der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 und einen Stufenabschnitt 144c an dem äußeren Umfang der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 auf. Folglich können Seitenwandablagerungen, die sich während des Herstellungsprozesses an die Seitenwand haften um Verluststrom zu verursachen, durch den Stufenabschnitt 138c und den Stufenabschnitt 144c elektrisch isoliert werden. Auch bei dem Stellglied der zweiten Ausführungsform – da das Paar der piezoelektrischen Elemente V1, V2 jeweils einen Stufenabschnitt S23a zwischen der Aussparung H23a und der Aussparung H23b aufweisen – können Seitenwandablagerungen, die auf der Seitenwand der Aussparung H23a haften, und Seitenwandablagerungen, die auf der Seitenwand der Aussparung H23b haften, durch den Stufenabschnitt S23a elektrisch isoliert werden.
Folglich kann bei dem Stellglied A1 der zweiten Ausführungsform durch das Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2 Verluststrom zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 142, und Verluststrom zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht 146 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 unterdrückt werden. Folglich kann bei dem Stellglied der zweiten Ausführungsform ein Stellglied vorgestellt werden, das extrem wenig Verluststrom in dem ganzen Element aufweist.
36 ist ein Diagramm, das einen Verluststrom in Bezug zu der Spannung des Stellgliedes der zweiten Ausführungsform zeigt. Bei dem Stellglied, das in dieser Messung verwendet wurde, beträgt die Dicke der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 2,5 μm, und die Breite des Stufenabschnitts 138c und des Stufenabschnitts 144c beträgt 5 μm. Der Bereich der ersten bis vierten Elektrodenmetallschicht ist größer als die der oberen Elektroden, aber er ist festgelegt auf etwa 1,2 mm². Bei dieser Messung wurde die Mess-Spannung in 1 V-Schritten von 1 bis 10 V erhöht, und jede Spannung wurde kontinuierlich angelegt für 20 Sekunden, und der Strom wurde an diesem Punkt gemessen.
36 zeigt auch Verluststrom, und zwar den eines vergleichenden Beispiels des Stellgliedes, der ohne einen Stufenabschnitt 138c und Stufenabschnitt 144c in der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 gebildet ist. Das heißt, bei dem Stellglied dieses vergleichenden Beispiels wird das Ätzen ausgeführt, um die erste Elektrodenmetallschicht 140 von der vierten Elektrodenmetallschicht 148 freizulegen, durch einen aufeinander folgenden Ätzprozess durch die Verwendung von nur einer Maske.
Wie in 36 gezeigt, kann bei dem Stellglied der zweiten Ausführungsform, das den Stufenabschnitt 138c und den Stufenabschnitt 144c aufweist, der Verluststrom um etwa zwei Stellen gesenkt werden, verglichen mit dem Stellglied des vergleichenden Beispiels, das gebildet wurde durch einen Ätzprozess, ohne den Stufenabschnitt 138c und den Stufenabschnitt 144c zu bilden.
Befestigung
Das Stellglied-Element, das zusammengesetzt ist aus einem Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2, die auf dem Substrat 70 gebildet sind, ist bedeckt mit einem provisorischen Klebestoff 276, wie in 37 gezeigt, und ein provisorisches Befestigungssubstrat 274 wird mit diesem provisorischen Klebstoff 276 angeklebt. Dieser provisorische Klebstoff 276 ist erforderlich, um ausreichend Klebkraft aufzuweisen, so dass das provisorische Befestigungssubstrat 274 in dem Stadium des Entfernens des Substrats 70 nicht abgezogen werden kann, und auch eine ausreichende Beschaffenheit, um der chemischen Lösung für das Ätzen und Entfernen des Substrates 70 oder des Reaktionsgases bei dem Trockenätzen zu widerstehen. Als der provisorische Klebstoff 276 kann zum Beispiel ein Wachsverbundstoff, ein Acryl-Klebstoff, ein thermoplastischer Kunststoff oder ein Fotolack verwendet werden.
Ferner können als das provisorische Befestigungssubstrat 274 verschiedene Materialien direkt verwendet werden, so wie Glass, Metall, Ferrit, Altic (gemischte Keramik aus Aluminiumoxid und Titankarbid), andere keramische Materialien, so wie Aluminiumoxid. Jedoch ist es erforderlich ein Material auszuwählen, dass nicht durch eine chemische Lösung oder Gas angegriffen wird, wenn das Substrat 70 entfernt wird, durch gashaltige Wirkstoffe, die bei dem Trockenätzen pla tziert werden, oder Gas, das teilweise zum Zeitpunkt des Trockenätzens ionisiert ist.
Nach dem Haften des provisorischen Befestigungssubstrats 274 wird folglich das Substrat 70 durch die Verwendung einer chemischen Lösung (38) geätzt und entfernt.
Damit die mehreren Stellglieder A1, die auf dem provisorischen Befestigungssubstrat 274 angeordnet sind, von dem provisorischen Befestigungssubstrat 274 getrennt werden können, während die Konfiguration beibehalten wird, wenn sie auf dem provisorischen Befestigungssubstrat 274 gehalten wird, wird als nächstes das provisorische Befestigungssubstrat 274, das die mehreren Stellglieder A1 provisorisch befestigt, in eine Lösung eingetaucht, welche eine Lösung zum auflösenden Lösen des provisorischen Klebstoffs 276 enthält, und der provisorische Klebstoff 276 wird aufgelöst.
Um die mehreren Stellglied-Elemente von dem provisorischen Befestigungssubstrat 74 zu trennen, während die Konfiguration gehalten wird, wenn sie auf dem provisorischen Befestigungssubstrat 274 befestigt ist, kann beispielsweise ein Haltebehälter verwendet werden, der ein Fach (Aussparung) entsprechend jedem Stellglied-Element aufweist, das auf dem provisorischen Befestigungssubstrat 74 angeordnet ist.
Genauer gesagt, um zu gestatten, dass die Lösung in das Fach frei eintritt und dieses verlässt, ist der Haltebehälter gefertigt aus beispielsweise Maschen, und die Stellglieder A1 werden getrennt von dem provisorischen Befestigungssubstrat 74 in der folgenden Art und Weise.
Das heißt, damit jedes Fach gegenüber von jedem einzelnen Stellglied eingerichtet sein kann, die auf dem provisorischen Befestigungssubstrat 74 angeordnet sind, sind das provisorische Befestigungssubstrat 74 und der Haltebehälter aufeinander abgestimmt, und der gesamte Aufbau wird in den Haltebehälter gelegt, während die auflösende Lösung mit dem Haltebehälter hinunter gehalten wird.
Wenn der provisorische Klebstoff 276 auf diese Weise aufgelöst ist, werden die Stellglied-Elemente von dem provisorischen Befestigungssubstrat 274 getrennt, und das Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2 werden in dem Fach von jedem Haltebehälter ohne Trennung aufgenommen.
Da die Lösung frei in jedes Fach des Haltebehälters eintreten kann ist es möglich, direkt zu reinigen und zu trocknen.
Da die Anordnung in dem Haltebehälter nahezu in derselben regelmäßigen Anordnung erfolgt wie in dem Anordnungszustand, der auf dem Substrat 70 gebildet ist, ist außerdem der folgende Befestigungsprozess einfacher.
Als die auflösende Lösung kann beispielsweise, wenn ein Wachsverbundstoff als der provisorische Klebstoff 276 verwendet wird, Xylol verwendet werden, oder in dem Fall eines Acryl-Klebstoffs kann eine exklusiv auflösende Lösung verwendet werden.
Folglich werden die Stellglieder-Elemente zusammengesetzt aus einem Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2, getrennt von dem Substrat 70 und angeordnet in dem Haltebehälter auf einem Flex-Board 330, durch die Verwendung einer Befestigungsvorrichtung, und eine spezielle Verdrahtung wird angewendet.
Folglich wird das Stellglied, zusammengesetzt aus einem Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2, auf dem Flex-Board 330 befestigt.
Kopf-Positionierungsoperation
Bei einer Magnetplatten-Aufzeichungs- und Wiedergabevorrichtung wird im Folgenden die Positionierungsoperation durch die Verwendung des Stellgliedes der zweiten Ausführungsform beschrieben.
39 ist ein schematisches Diagramm, das die Umrisskonfiguration einer Magnetplattenvorrichtung zeigt, und in 39 stellt das Bezugszeichen 370 eine Magnetplatte dar, das Bezugszeichen 301 kennzeichnet einen Spindelmotor zum Rotieren der Magnetplatte 370 mit einer hohen Geschwindigkeit und das Bezugzeichen 302 kennzeichnet ein Kopf-Stellglied. Das Kopf-Stellglied 302 weist einen Stellglied-Arm 304 und einen Kopf-Haltemechanismus 300 auf, der zusammengesetzt ist aus einer Gleiter-Halteschiene 320, und ein Gleiter 350 ist an dem führenden Ende des Stellglied-Arms 304 vorgesehen.
Der Kopf-Haltemechanismus 300 umfasst, wie in 40 und 41 gezeigt, eine Basisplatte 310, einen Lastenträger 320, eine Flex-Board 330 und ein Stellglied A1, zusammengesetzt aus piezoelektrischen Elementen V1, V2, einer Gleitvorrichtung 350 und einem Magnetkopf 360. Hierin ist die Basisplatte 310 für das Befestigen auf dem Stellglied-Arm 304 gedacht und der Lastenträger 320 ist auf der Basisplatte 310 befestigt. An dem vorderen Ende des Lastenträgers 320 ist ein Vorsprung 328 ausgebildet, als der Rotationsmittelpunkt der Gleitvorrichtung 350. Ein Gleiter-Halteelement 332 wird rotierbar auf dem Vorsprung 328 gehalten, und die Gleitvorrichtung 350, die den Kopf 360 befestigt, ist auf dem Gleiter-Halteelement 332 befestigt. Zwischen der Gleitvorrichtung 350 und dem Gleiter-Halteelement 332 ist der vordere Endabschnitt des Flex-Boards 330 befestigt, und das Stellglied, das aus einem Paar piezoelektrischer Elmente V1, V2 zusammengesetzt ist, ist auf dem Flex-Board 330 unmittelbar vor der Gleitvorrichtung 350 vorgesehen.
Bei dem auf diese Weise zusammengesetzten Kopf-Haltemechanismus positioniert das Stellglied, das aus einem Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2 zusammengesetzt ist, den Kopf mit einer hohen Präzision durch das Rotieren der Gleitvorrichtung 350 (40B), auf welcher der Kopf 360 befestigt ist, durch das Gestatten einer ausdehnenden und zusammenziehenden Bewegung der piezoelektrischen Elemente V1, V2 gemäß einem Steuerungssignal, das von einer Kopf-Positionierungssteuerungseinheit 308 zugeführt wird.
Auf dem Flex-Board 330 ist eine Verdrahtung zum Verbinden mit dem Kopf 360 und den piezoelektrischen Elementen V1, V2 gebildet.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Stellglied der dritten Ausführungsform der Erfindung entspricht in seiner Basisstruktur dem Stellglied der zweiten Ausführungsform, aber was sich von dem Stellglied der zweiten Ausführungsform unterschiedet liegt in dem Verbindungsabschnitt der zweiten Elektrodenmetallschicht 142 und der dritten Elektrodenmetallschicht 146 in jedem piezoelektrischen Element. Das heißt, das Stellglied der dritten Ausführungsform ist ein Stellglied, das verwendet wird, um die Kopf-Gleitvorrichtung einer Magnetplatten-Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung an einer bestimmten Spur-Position auf einer Disk mit einer hohen Präzision zu positionieren, und entspricht dem Stellglied der zweiten Ausführungsform in den folgenden Punkten: (1) ein Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2, hergestellt durch das Anwenden des Herstellungsverfahrens, das in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, und (2) die zwei rechten und linken symmetrischen piezoelektrischen Elemente V1, V2 sind gebildet durch das Laminieren zweier piezoelektrischer Dünnschicht-Elemente V11 (V21), V12 (V22), um eine größere Verschiebung zu erzielen.
Ein Herstellungsverfahren des Stellgliedes der dritten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben.
Bei dem Herstellungsverfahren des Stellgliedes der dritten Ausführungsform ist das Verfahren bis zur Bildung des Abschnitts über dem zweiten Stufenabschnitt 144c der piezoelektrischen Elemente V1, V2 (26 bis 29) dasselbe wie bei dem Herstellungsverfahren des Stellgliedes der zweiten Ausführungsform, und folglich wird die Beschreibung weggelassen.
In der folgenden Beschreibung und den Abbildungen, werden gleiche Teile wie in der zweiten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Nach dem Bilden des Abschnitts über dem zweiten Stufenabschnitt 144c der piezoelektrischen Elemente V1, V2, werden Masken M11, M21 gebildet, um den Abschnitt über der zweiten Stufe 144c und der zweiten Stufe 144c zu bedecken, und ein Abschnitt der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144, die nicht von der Maske M11, M21 bedeckt ist, wird geätzt, bis die dritte Elektrodenmetallschicht 146 freigelegt ist (42A, B). Infolgedessen wird die zweite piezoelektrische Dünnschicht 144 in eine bestimmte Form verarbeitet. Bei den piezoelektrischen Elementen V1, V2 weist die zweite piezoelektrische Dünnschicht 144 eine Kerbe 148k2 auf, um eine Steuerungselektrode 170 zu bilden, zum Verbinden der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148, und weist eine Kerbe 148k1 auf, um ein Durchgangsloch TH23 zum Verbinden der zweiten Elektrodenmetallschicht 142 und der dritten Elektrodenmetallschicht 146 zu bilden.
Nach dem Abziehen der Masken M11, M21 werden Masken M14, M24 zum Bedecken der bearbeiteten zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 144 und ihrem Umfang (beispielsweise die Umgebung in einer Breite von 5 μm) gebildet, und der Abschnitt, der nicht die Masken M14, M24 bildet, wird bis zu der Mitte der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 geätzt (43A, B). Durch dieses Ätzen wird bei den piezoelektrischen Elementen V1, V2 der Abschnitt über dem ersten Stufenabschnitt 138c gebildet. Zu diesem Zeitpunkt bedecken die Masken M14, M24 nur den Umfang in der Nähe (zum Beispiel ≤ 5 μm) der zweiten dielektrischen Dünnschicht 148 in der Kerbe 148k2, und bedecken die gesamte Kerbe 148k1 in der Kerbe 148k1. Infolgedessen ist in der Kerbe 148k1 die dritte Elektrodenmetallschicht 146 zum Bilden eines Durchgangsloches TH23 – welches die zweite Elektrodenmetallschicht 142 verbindet – vorgesehen, bei der die dritte Elektrodenmetallschicht 146 freigelegt ist.
Nach dem Entfernen der Masken M14, M24 sind in den piezoelektrischen Elementen V1, V2 Masken M15, M25 gebildet, die den Abschnitt über dem ersten Stufenabschnitt 138c und seiner Umfangsnähe bedecken, und die erste piezoelektrische Dünnschicht 138 wird in dem Abschnitt, der nicht die Maske bildet, geätzt, bis die Oberfläche der ersten Elektrodenmetallschicht 140 freigelegt ist. Diese Masken M15, M25 sind gebildet, um nur den Umfang in der Nähe (zum Beispiel ≤ 5 μm) der zweiten dielektrischen Dünnschicht 144 auch in der Kerbe 148k2 der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht 148 zu bedecken. Infolgedessen wird in der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 eine Kerbe 138k2 entsprechend der Kerbe 148k2 gebildet. Durch diesen Ätzschritt wird der Abschnitt über der ersten Elektrodenmetallschicht 140 in den piezoelektrischen E lementen V1, V2 gebildet. Zwischen der Kerbe 148k2 und der Kerbe 138k2 ist ein Stufenabschnitt von etwa 5 μm Breite gebildet, als eine Elektrodentrennoberfläche, senkrecht zu der Trockenätz-Richtung.
Nach dem Entfernen der Masken M15, M25 wird eine Maske M41 gebildet, um die Form der ersten Elektrodenmetallschicht 140 in den piezoelektrischen Elementen V1, V2 zu bearbeiten, und der Abschnitt, der nicht die Maske M41 bildet, wird geätzt, bis das Substrat 70 freigelegt ist. Die Maske M41 wird gebildet, um den ganzen gekerbten Abschnitt in der Kerbe 138k2 zu bedecken, und die Maske M41 weist eine Öffnung zum Bilden eines Durchgangslochs TH23 in dem Bereich 146d vor dem Ätzen auf. Durch das Bilden der Maske M41 in einer solchen Art und Weise wird die Kontur der ersten Elektrodenmetallschicht in den piezoelektrischen Elementen V1, V2 bearbeitet, und das Durchgangsloch TH23 zum Durchdringen der Isolierschicht 150 in dem Bereich 146d wird gebildet, und auch in der Kerbe 138k2 wird die erste Elektrodenmetallschicht 140 in einer rechteckigen Form freigelegt, und ein Bereich 140d wird gebildet. Dieser Bereich 140d wird genutzt als ein Bereich zum Bilden einer Steuerungselektrode 170.
Eine Isolierschicht 161 ist gebildet, um das ganze Element zu bedecken, mit Ausnahme der Öffnung 161c zum Öffnen des Abschnitts des Durchgangslochs TH23 zum Durchdringen durch die Klebschicht 150, und einem Öffnungsabschnitt (Öffnung 161a, 161b) zum Verbinden der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 (46A, B).
Nach dem Bilden der Isolierschicht 161 werden eine Steuerungselektrode 171 zum Verbinden der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148, und eine gemeinsame Elektrode 181 zum Verbinden der zweiten Elektrodenmetallschicht 142 und der dritten Elektrodenmetallschicht 146 gebildet (47A, B).
Ein Stellglied A2 der dritten Ausführungsform, das auf diese Art und Weise zusammengesetzt ist, weist – wie in der zweiten Ausführungsform – einen Stufenabschnitt 138c an dem äußeren Umfang der ersten piezoelektrischen Dünnschicht 138 und einen Stufenabschnitt 144c an dem äußeren Umfang der zwei ten piezoelektrischen Dünnschicht 144 auf, in dem Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2. Aus diesem Grunde können Seitenwandablagerungen als die Ursache für Stromverlust, die auf den Seitenwänden durch den Herstellungsprozess haften, durch den Stufenabschnitt 138c und den Stufenabschnitt 144c elektrisch isoliert sein. Bei dem Stellglied A2 der dritten Ausführungsform weist das Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2 außerdem einen Stufenabschnitt auf, als die Elektrodentrennoberfläche, senkrecht zu der Trockenätzrichtung, zwischen der Kerbe 148k2 und der Kerbe 138k2, und folglich können die Seitenwandablagerungen, die auf den Seitenwänden der Kerbe 148k2 und der Kerbe 138k2 haften, durch den Stufenabschnitt elektrisch isoliert werden.
Folglich kann das Stellglied A2 der dritten Ausführungsform in seinem Paar piezoelektrischer Elemente V1, V2 den Stromverlust zwischen der ersten Elektrodenmetallschicht 140 und der zweiten Elektrodenmetallschicht 142 sowie den Stromverlust zwischen der dritten Elektrodenmetallschicht 146 und der vierten Elektrodenmetallschicht 148 unterdrücken. Infolgedessen realisiert das Stellglied A2 der dritten Ausführungsform ein Stellglied mit einem extrem geringen Verluststrom in dem ganzen Element.
Wie hierin beschrieben werden gemäß dem piezoelektrischen Dünnschicht-Element der Erfindung – da ein Umfangsbereich, der die piezoelektrische Dünnschicht freilegt, auf der Oberseite des piezoelektrischen Dünnschicht gebildet ist – Seitenwandablagerungen des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements durch diesen Umfangsbereich abgetrennt. Infolgedessen werden die Elektrodenmetallschichten, die auf beiden Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht gebildet sind, nicht durch Seitenwandablagerungen kurzgeschlossen, und die Isolierung zwischen den Elektrodenmetallschichten kann verbessert werden, so dass die Betriebssicherheit des piezoelektrischen Dünnschicht-Elements erhöht werden kann.

Claims

Piezoelektrisches Dünnschicht-Element, umfassend: eine erste Einheit eines laminierten Körpers, zusammengesetzt aus einer ersten piezoelektrischen Dünnschicht (138), die eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, eine erste Elektroden-Metallschicht (140) auf der ersten Oberfläche und eine zweite Elektroden-Schicht (142) auf der zweiten Oberfläche, und eine zweite Einheit eines laminierten Körpers, zusammengesetzt aus einer zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (144), die eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, eine dritte Elektroden-Metallschicht (146) auf der dritten Oberfläche und eine vierte Elektroden-Schicht (148) auf der vierten Oberfläche, wobei die erste Einheit eines laminierten Körpers und die zweite Einheit eines laminierten Körpers miteinander verbunden sind, wobei die zweite Elektroden-Metallschicht (142) und die dritte Elektroden-Metallschicht (146) einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die erste Einheit eines laminierten Körpers eine erste Elektroden-Trennoberfläche (138C) zwischen der ersten Elektroden-Metallschicht (140) und der zweiten Elektroden-Metallschicht aufweist, wobei die erste Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei die zweite Einheit eines laminierten Körpers eine zweite Elektroden-Trennoberfläche (144C) zwischen der dritten Elektroden-Metallschicht und der vierten Elektroden-Metallschicht aufweist, wobei die zweite Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der ersten Oberfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektroden-Metallschicht (142) und die dritte Elektroden-Metallschicht (146) durch eine isolierende Klebschicht (150) verbunden sind, und die zweite Elektroden-Metallschicht (142) und die dritte Elektroden-Metallschicht (146) durch die Verwendung eines Durchgangsloches (TH23) verbunden sind, das in der Klebschicht (150) gebildet ist.
Piezoelektrisches Dünnschicht-Element nach Anspruch 1, wobei das Durchgangsloch (TH23) in einer Aussparung gebildet ist, die durch das Entfernen der vierten Elektroden-Metallschicht (148) und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (142) bereitgestellt wird, um bis zu der dritten Elektroden-Metallschicht (146) zu reichen, wobei die Aussparung eine Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche an der inneren Umfangsseiten-Fläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (144) aufweist.
Piezoelektrisches Dünnschicht-Element nach Anspruch 1, wobei das Durchgangsloch (TH23) in einer Kerbe gebildet ist, die durch das Entfernen der vierten Elektroden-Metallschicht (148) und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (144) bereitgestellt wird, um bis zu der dritten Elektroden-Metallschicht (146) zu reichen, wobei die Kerbe eine Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche an der Seiten-Fläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (144) aufweist.
Stellglied, welches ein Paar piezoelektrischer Elemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst, wobei die piezoelektrischen Elemente eingerichtet sind, um sich in zueinander parallelen Richtungen auszudehnen und zusammenzuziehen.
Stellglied-Element nach Anspruch 4, wobei das Durchgangsloch (TH23) in einer Aussparung gebildet ist, die durch das Entfernen der vierten Elektroden-Metallschicht (148) und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (144) bereitgestellt wird, um bis zu der dritten Elektroden-Metallschicht zu reichen, wobei die Aussparung eine Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche an der inneren Umfangsseiten-Fläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht aufweist.
Stellglied nach Anspruch 4, wobei das Durchgangsloch (TH23) in einer Kerbe gebildet ist, die durch das Entfernen der vierten Elektroden-Metallschicht (148) und der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht (144) bereitgestellt wird, um bis zu der dritten Elektroden-Metallschicht zu reichen, wobei die Kerbe eine Elektroden-Trennoberfläche parallel zu der dritten Oberfläche an der Seiten-Fläche der zweiten piezoelektrischen Dünnschicht aufweist.
Stellglied nach Anspruch 4, wobei dieses konstruiert ist, um zu verbinden zwischen einer Elektroden-Metallschicht für eine Verbindung der zweiten Elektroden-Metallschicht (142) und der dritten Elektroden-Metallschicht (146) – die in dem Durchgangsloch (TH23) in einem des Paares der piezoelektrischen Elemente gebildet ist – und einer Elektroden-Metallschicht für eine Verbindung der zweiten Elektroden-Metallschicht (142) und der dritten Elektroden-Metallschicht (146) – die in dem Durchgangsloch (TH23) in dem anderen piezoelektrischen Element gebildet ist.